CN1112757C - 具有改进结构的永磁及磁阻磁体的旋转电机 - Google Patents

具有改进结构的永磁及磁阻磁体的旋转电机 Download PDF

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Abstract

旋转电机中有装有绕组(18)的一个定子(10)和一个可在定子内转动的转子(20)。转子具有一个永磁转子部分(210)和一个磁阻转子部分(220)。根据本发明，转子在其轴向方向上基本是一致的，且在其切向方向分布着永磁磁极(214a、214b)部分(212、214a、214b)和磁阻磁极部分(222)，每个永磁极部分决定两个磁极(PSA、PNA)，其极性由永磁体决定；每个磁阻磁极部分决定两个磁极(PR1、PR2)，其极性是可变的，本发明应用于交流电机及汽车的起动交流电机。

Description

具有改进结构的永磁及磁阻磁体的旋转电机
本发明用一般的方法涉及的是旋转电机，特别涉及的是具有永磁转子的同步旋转电机。
通过N.Bianchi及其同事的文献“Comparision of differentsynchronous motor drives for flux weakening applications”；CompteRendu de International conference on Electrical Machines(ICEM)，Instanbul，Turquie，September 1998，Volume 2/3，第946页及以后，特别是其中的图5及所附的说明，已经知道一种电机，其转子是分成在轴向头对头放置的同轴两部分。
转子的第一部分构成一个励磁转子，而转子的另一部分则构成一个可变磁阻转子。
于是，这样的电机就消除磁通(défluxage)而言有些特殊的性质，确切地说特别是在负载小的条件下运行时，一个重要的缺陷就是它的转子结构需要有两种类型的架，即一个专门用于永磁转子部分的架，一个用于可变磁阻转子部分的架。
本发明的第一目的在于去掉这种缺陷，用单一的架实现一个能按照同样的原理运行的转子。
更确切地说，本发明建议将转子的两部分组合成一个单一的转子，因此其架可以是用单个切割的钢片做成。
因此，本发明推荐一种旋转电机，特别是一种交流电机或汽车的交流起动电机，其中有一个装有电枢绕组的定子和一个在定子内部安装的可转动的转子。转子中有永磁转子部分和磁阻转子部分，其特征在于转子在其轴向范围内基本上是一样的，且经常在其切向有永磁磁极部分和磁阻磁极部分的分布，永磁磁极的每一部分的磁极极性是由磁体决定的，而磁阻磁极的每一部分的两种极性磁极是变化的。
本发明的旋转电机的最佳的而非限制性的方面如下：
-电机具有相同数目的永磁磁极部分和磁阻磁极部分，且相互隔开放置。
-电机的永磁磁极部分的数目和磁阻磁极部分的数目不同，至少有一个至少为二个同类磁极部分是相继的。
-每个永磁磁极部分有两个永磁体，其磁通基本上是在径向的，安置在转子的周边附近。
-所有的磁体都是在表面的，
-所有的磁体都是被掩埋起来的，
-转子的所有磁极都是由属于转子的两个部分的交错极爪来限定的。
-每个永磁磁极部分都有一个磁体，其磁通主要在切向，安放在两个决定这些极性的磁极部分之间所构成的一个槽内。
-所有的永磁磁极部分和所有的磁阻磁极部分都是属于单一的一个架。
-每一个磁阻磁极部分都有在两个磁极之间的磁通通道的布局。
在后面的本发明的几个不同的实施方式的详细描述中，将会更清楚地看到本发明的其它的思想、目的和优越性。这些实施方式是作为例子给出的，不具限制性，并参考下面附图：
-图1是根据本发明的第一种实施方式的旋转电机的横剖示意图，
-图2是根据本发明的第二种实施方式的旋转电机的横剖示意图，
-图3是根据本发明的第三种实施方式的旋转电机的横剖示意图，而
-图4则是根据本发明的第二种实施方式的旋转电机的转子的横剖示意图。
首先参考图1，其中示意性地示出一个旋转电机，电机中有一传统结构的外部环状定子10，定子的架12确定了多个槽14，两个槽14之间是用构成磁极的齿16隔开。槽14中容纳有单相绕组18。当然，还能看到有或者没有缩短绕组间距的分布的多相绕组的定子。
转子20最好是用钢片叠制而成，其中在周边方向有与磁阻扇形交替放置的永磁扇形。这些扇形最好是用构成公共架200的公共叠成的钢片制成。
在这种实施方式中，转子中有永磁扇形210，它和磁阻扇形220相互隔开放置，每个扇形决定二个转子磁极。更详细地说，在图1中所示的每个扇形210中有一个架部分212，和装在转子外周面的二个磁体214a、214b，两个磁体的方向相反。这样，这个扇形处的两个磁体决定了一个磁体的南极PSA和一个磁体的北极PNA。
另一方面，每个扇形220中有一个架部分222，在其外周限定一个槽224，留为空的，使得限定两个磁阻磁极PR1和PR2以及两条向里弯的缝226和228，其中一条缝是顺着另一条缝的，以使磁场在两磁极PR1和PR2之间在某一方向上有一磁场的最佳轨道(trajectoireprivilégiée)。
在扇形220中还可以有一些辅助磁体(图中未画出)，埋藏深度很小，用来使磁通通过，特别是帮助并引导永磁体扇形生成的磁通的方向而不使损害消除磁通的性能。
用空隙或用深槽230将扇形210和扇形220两两隔开的，深槽从转子的外周开始延伸、两个扇形仅在架200的中央核心240处相连，在那里几乎没有一点磁通通过。
扇形210和220这样在转子外周交替安放，以使在转子外周相继为由永磁体决定的极性的永磁极对PNA和PSA以及极性不定的磁阻磁极对PR1和PR2。
特别是当电机在正常运行时，可以在转子上看到南极与北极交替相继出现，亦即一个PSA极、一个PNA极、一个由在扇形220中的磁通的传播所生成的磁极PR1为南极、一个由同样原因生成的磁极PR2为北极，随后仍是这样。
与上面相反，当电机工作在消除磁通的情况下，扇形220便使磁场反向传播，这是因为一种典型的现象：电流产生反电势，这对应的顺序是：一个南极PSA、一个北极PNA、一个北极PR1和一个南极PR2。
这样就实现了既有永磁体又有磁阻，且转子在其整个轴向上都有单一结构的电机。
根据一个在图中未画出的一个实施变形，可以将磁体214a和214b埋在每个相关扇形210内的距转子外周面下面一个预定的很小的距离。
参考图2，其中示出一个与图1类似的旋转电机，对这个电机中的所有永磁体扇形都做了一些修改，以仅借助于单一的切向磁通的磁体215便能实现南极和北极。
这样在图2所示出的每个扇形210中的靠中央部分都由二个架部分213a和213b所限定的槽211，这个槽内有一磁体215，用来在213a这一部分确定一个南极PSA，在213b这一部分确定一个北极PNA。
这个电机的其余部分都和图1所示的电机相同。这里指出，这种实施方式使得用同样的运行原理和除以2后的磁体数。
而图3则是图1和图2实施方式的结合。代替的是：包括图1所实施的一个磁体扇形210，一个磁阻扇形220，一个按照图2所实施的磁体扇形210，一个磁阻扇形220，如此重复。
图4示出根据本发明所实施的一个具有极爪的转子。
该转子是用传统的方式，包含有第一部分202a和第二部分202b，这第一部分202a上装有一定数量的通常为三角形的爪204a，第二部分202b上装有一定数量通常为三角形的爪204b，这些爪204a、204b彼此交错。
在这种情况下，在环绕转子的方向上有两个磁阻爪GR1和GR2以及两个永磁体爪GAS和GAN，永磁体爪中有在表面的或埋藏着的磁体214a和214b，分别指明其极性为南极和北极。
这样的转子可以有励磁绕组，亦可以没有励磁绕组。
当然，本发明一点也不限制在已经描述的和图示出的实施方式，而技术人员知道根据本发明思想给出各种变种和进行修改。
特别是根据希望的消除磁通，可以调整永磁极扇形和磁阻磁极扇形之间的比例，例如，一个有南北两个磁极的永磁扇形，第二个有同样的南北两个磁极的永磁扇形，一个有两个磁阻磁极的扇形，然后二个新的每个有两个磁极的永磁扇形，等等。
可以说，与在引言中列举的文章中所描述的电机相比，这些作用相当于在已知电机的永磁转子部分和磁阻转子部分沿轴向改变分布。
本发明特别应用于交流电机及汽车的交流起动电机。

Claims (11)

1.一种旋转电机，特别是汽车交流电机或起动电机，其中有一个装有绕组(18)的定子(10)和一个可在定子内部旋转的转子(20)，述及的转子具有一个永磁转子部分(210)和一个磁阻转子部分(220)，这种电机的特征在于其转子在轴向基本上是一致的，且沿其切向分布具有永磁体(214a、214b；215)的永磁磁极部分(212、214a、214b；211、213a、213b、215)和磁阻磁极部分(222)，每个永磁磁极部分确定两个磁极(PSA、PNA)其极性由永磁体决定，每个磁阻磁极部分确定两个磁极(PR1、PR2)，其极性是可变的。
2.根据权利要求1的电机，其特征在于它具有相等数量的永磁磁极部分(212、214a、214b；211、213a、213b、215)和磁阻磁极部分(222)，二者相互隔开放置。
3.根据权利要求1的电机，其特征在于它具有的永磁磁极部分(212、214a、214b；211、213a、213b、215)的数目不同于磁阻磁极部分(222)的数目，至少存在一个至少两个同类磁极部分的相继放置。
4.根据权利要求1至3中任一项的电机，其特征在于每个永磁磁极部分(212、214a、214b)中有两个磁体(214a、214b)，其磁通基本在径向，安置在转子的周边附近。
5.根据权利要求4的电机，其特征在于所有的磁体(214a、214b)都是在永磁磁极的表面的。
6.根据权利要求4的电机，其特征在于其所有的磁体(214a、214b)都是埋藏在永磁极中的。
7.根据权利要求4至6中任一项的电机，其特征在于转子的所有磁极都是由属于转子的两个部分(202a、202b)的相互交错的爪(204a、204b)限定的。
8.根据权利要求1至3中任一项的电机，其特征在于每个永磁磁极部分都有一个磁体(215)，安装在这个磁极部分的两个区域(213a、213b)间构成的一个槽(211)内，磁体的磁通基本在切向，磁极部分的两个区域决定着它的极性(PSA、PNA)。
9.根据权利要求1至6以及第8项中的任一项的电机，其特征在于所有的永磁磁极部分和磁阻磁极部分都是属于同一个架(212、222、240；213a、213b、222、240)。
10.根据权利要求1至9中任一项的电机，其特征在于每个磁阻磁极部分(222)在其两个磁极(PR1、PR2)之间都有磁通通道的布局(224、226，228)。
11.根据权利要求1至10中任一项的电机，其特征在于每个磁阻磁极部分(222)都具有至少一个埋藏着的用于磁通的通道辅助磁体。
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